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計算機網絡 教學改革與實踐 課程體系
1 前言
隨著信息技術發展,帶來了工作、生活的巨大變化,社會也對大學在人才的綜合素質培養上提出了更高要求。計算機網絡技術幾乎滲透到各個行業。而計算機網絡這一門作為計算機、網絡和通信專業培養方案中的核心課程,也逐漸增加到理工科、經管類和文科等本科專業的培養課程體系之中。并且,在涉及到信息方向的研究生培養課程體系中,計算機網絡也成為了一門核心課程。因此,不同專業的計算機網絡課程體系和教學方法必然是不一樣的。本文針對不同專業的計算機網絡課程教學,對課程體系設置和教學方法進行了探討,并提出了一些建議。
2 目前計算機網絡課程體系現狀
2.1計算機網絡系列課程構成
隨著計算機網絡技術的發展,公共基礎課程《大學計算機基礎》中涉及到的網絡知識已經不能滿足非以上專業學生的知識構架以及社會對學生的綜合能力要求的需求,因此,結合我校的實際情況,根據不同的專業方向設置了不同的計算機網絡系列課程,構成整個計算機網絡系列課程體系。
(1)計算機專業計算機網絡課程系列
我校計算機網絡課程系列包括計算機網絡、計算機網絡實驗、計算機網絡實訓、網絡工程、網絡應用程序開發等課程,主要培養學生計算機網絡理論、計算機網絡規劃設計、計算機網絡構架和部署、基于計算機網絡的應用程序開發等方面的實際應用和開發能力。
(2)非計算機專業計算機網絡課程系列
我校的非計算機專業包括經管類專業、航管類專業、交通類專業和機務類專業,目前就經管類專業開設了計算機網絡技術基礎課程、計算機網絡應用基礎課程和電子商務課程,增強學生對計算機網絡應用實際操作能力。其他專業的計算機網絡技術類課程還沒有進行設置。
(3)研究生計算機網絡課程系列
研究生網絡課程主要針對民航網絡應用方向,開設了計算機網絡課程,增加了民航計算機網絡應用課程,主要培養學生對整個民航計算機網絡的認識和應用開發能力。
2.2計算機網絡課程體系不足
目前,在計算機網絡課程體系中,在一些非計算機專業的課程體系中沒有設置,因此他們學習不到這方面的知識。而目前的研究生的計算機網絡課程只針對民航計算機方向的研究生,包括計算機網絡理論課程和民航計算機網絡方向課程,而對其他研究方向的研究生還沒有開設。常規的計算機網絡課程,實驗包含在每門課程之中,由于課時數量的限制,實驗課時遠遠低于理論課時,因此計算機網絡課程實驗只能走馬觀花,學生的實際動手能力不能得到足夠的鍛煉。
3 計算機網絡課程體系改革
計算機網絡課程體系建設必須滿足目前社會信息化發展的新趨勢,如互聯網與消費電子創新融合發展,物聯網技術的出現,都迫使計算機網絡課程體系設置需要進行改革,以滿足社會對學生所具備的計算機網絡知識能力的新的需求,使得學生跟上時代,并增強學生的就業能力。
3.1計算機網絡課程體系改革目標
計算機網絡課程體系改革,一是把最新的計算機網絡技術引入學生需要掌握的計算機網絡知識構架之中;二是針對不同層次不同專業方向的學生,根據其接受能力和需求能力,設置好各層次各專業方向上不同的計算機網絡課程,完善非計算機專業、計算機專業和研究生的計算機網絡系列課程的課程建設。
3.2計算機網絡課程體系的改進
計算機網絡課程體系按照非計算機專業、計算機專業和研究生三個層次不同進行設置后,還是不能滿足其他沒有開設計算機網絡系列課程的學生對計算機網絡的實際操作水平提高的要求,因此增加了計算機網絡公選課和計算機網絡公共實驗課。并且,因為社會對學生職業化需求,針對計算機專業方向,增加了計算機網絡職業技能培訓課程。
(1)增加計算機網絡全校公選課
計算機網絡全校公選課作為計算機網絡課程體系的有益補充,使計算機網絡課程盡可能地覆蓋到所有其他非計算機專業,讓有興趣的學生能夠選修到這門課程。主要給學生講解計算機網絡的一些基本知識和基本常識,一些具體的網絡應用和網絡案例。
(2)增加計算機網絡公共實驗課
計算機網絡公共實驗課主要向全校所有學生開放,課程內容如,小型局域網絡建設,常見計算機網絡故障診斷、排除,計算機網絡安全防范,網站設計與構架,網頁制作,遠程網站管理,常用網頁制作軟件的使用等。
(3)增加計算機網絡職業技能培訓課程
目前許多企業招聘的計算機網絡方面的人才都要求具有工作經驗并且能夠熟練使用或者精通當前市場流行的某些網絡軟件開發工具。因此,增加計算機網絡職業技能培訓課程,主要從計算機網絡硬件、計算機網絡規劃與設計、計算機網絡軟件設計等方面進行實訓項目操作,幫助學生加深計算機網絡理論知識,構建基于計算機網絡軟硬件及應用領域的整體觀念,增強就業競爭力。
4 計算機網絡課程教學改革
不同的計算機網絡課程的教學目的都是為了讓學生掌握教學大綱所要求的知識點和增強他們的實際動手能力,但因為層次不同,專業方向不同,所以教學內容、教學方法有所差異。這要求教師在教學過程中進行因材施教,達到教學目的。
在計算機網絡課程體系中,從共性的角度總結起來,計算機網絡課程教學在教學方法教學手段、課堂教學與實踐教學相結合、課程考核方式、教學平臺擴展等方面進行了更新和改進。
4.1應用現代教育技術,改革教學手段
通過網絡授課,多媒體授課等現代教育技術進行教學手段改革,大大提高了單位時間的教學信息量,提高了教學效率,并能使更多的學生有機會接受優秀教師的教育。
4.2課堂教學與實踐教學相結合,培養學生的自學能力
通過課堂教學傳授計算機網絡系列課程的基礎理論和基本概念,并最大限度地突出教學重點和難點。再通過課程實驗加強學生對基礎知識的理解并培養其基本的實踐能力。計算機網絡系列課程是實踐性很強的課程,實際應用才是重點,所以,實踐教學尤為重要。學生通過實踐環節發揮學習的主導作用,同時增強學生的自學能力。實踐課程主要體現在課內項目訓練、大作業、課程設計等方面。學生通過這三個方面的實踐練習形成提出問題、解決問題的學習方法和認知方法,來進一步提高自身素質。
4.3改革課程考核方式
針對學生不同方面的能力特點和課程的教學目標,采用閉卷筆試考核學生對基礎知識的掌握,通過平時作業成績督促和檢查學生完成基本學習任務的情況,通過項目訓練、大作業等形式考查學生對知識綜合運用的能力和應用開發能力,等等。最后學生得到的總成績,是綜合了上述各個方面的結果,基本上如實反映了學生的全面情況,并以考核促進了學生的全面發展。
4.4增加師生交流平臺
增加專門的計算機網絡課程的web交流論壇、手機短信等方式提供答疑、討論,方便學生隨時得到老師和其他同學的幫助,使師生的交互、學生的協作更為方便。
5 結論
針對不同層次、不同專業方向的學生對計算機網絡技術的新需求,分析了目前計算機網絡課程體系設置的不足,提出了課程體系設置的改進方向和教學改革方向,以期構建一個完整的計算機網絡課程體系,以提高教學效果和不同層次的學生對計算機網絡的綜合應用能力。
參考文獻:
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美國麻省大學(University of Massachusetts Amherst)阿默斯特校區(以下簡稱麻省大學)是馬薩諸塞州立大學系統五個校園中的主校園,是美國知名的研究型大學。該校創辦于1863年,坐落在美國東部美麗的新英格蘭地區。
麻省大學計算機系成立于1964年,其研究生教育也有超過40年的發展歷史。由最初的3名教授發展到現在擁有43名教授,其中包括9名ACM計算機學會(Association for Computing Machinery)院士(Fellow)、4名電子和電氣工程師協會(IEEE)院士、5名人工智能學會(AAAI)院士和2名美國科學促進協會(AAAS)院士。麻省大學計算機系在人工智能、網絡與分布式系統、計算理論等多個領域的研究處于世界領先水平。作為美國知名的計算機系,麻省大學計算機系的教育理念是“培養下一代能以創新的方法解決真實世界問題的計算機科學家”(cs.umass.edu/grads/msphd-requirements)。在這個核心思想的指導下,該系非常注重對博士研究生的培養,為了達到培養學生具備進行原創性科學研究(Original Research)的能力的教育宗旨,該系制定了一套非常嚴格的課程計劃,以培養學生堅實而廣博的基礎知識、良好的科學研究方法和思維習慣。麻省大學計算機系每年大約會收到1000份左右來自世界各國的優秀學生的申請,攻讀其博士學位,而錄取的人數一般保持在30名左右。完善和嚴格的博士研究生培養體系、開放而先進的教育理念,使麻省大學計算機系成為全美最具有競爭力的計算機院系之一。
麻省大學計算機系招收兩種形式的博士研究生:碩士/博士連讀研究生和直博研究生。只有在美國其他大學獲得相應計算機碩士學位,并修完麻省大學計算機系認可的相關課程的學生,才有資格申請直接攻讀博士學位;否則,學生在錄取后必須經過碩士/博士的連續培養才能獲得博士學位。
無論哪種形式,麻省大學計算機系博士生培養大體分為兩個階段:博士生資格學習階段和博士生研究階段。博士生資格學習階段主要是對學生進行基礎知識培養和基本研究能力訓練。學生只有在通過博士資格考試論證,成為正式博士候選(PhD Candidate)人后,才能進入下一步的博士論文研究階段學習。以下是麻省大學計算機系對碩士/博士研究生的培養要求:
(1)Actively participate in research under the guidance of an advisor(在導師的指導下,積極參與研究)
(2)Satisfy 6 Core Requirements (完成6門核心課程的要求)
(3)Complete 42 course credits (core courses taken to satisfy core requirements are included)(完成42個課程學分,其中包括核心課程的學分)
(4)Complete a 6-credit MS Project (完成6個學分的碩士研究項目)
(5)Graduate with an M.S. Degree(申請獲得碩士學位)
(6)Pass the Department Qualifying Exam- Portfolio(通過博士資格考試)
(7)Form a Committee(成立答辯委員會)
(8)Propose a Thesis(提交博士開題報告)
(9)Complete 18 Dissertation Credits (完成18個學分博士論文)
(10)Pass the Teaching Assistant Requirement(完成助教的工作要求)
(11)Pass the Residency Requirement (at least 9 credits in back-to-back semesters) (完成連續兩個學期修9個學分的要求)
(12)Defend and Submit a Thesis (博士答辯和提交博士論文)
本文將以麻省大學計算機系為例,探討美國計算機專業博士研究生培養的一個重要環節――博士研究生課程教育體系的特點,以期為提高我國的計算機專業博士生教育提供借鑒。
2掌握牢固的理論知識是培養優秀博士生的基礎
美國的計算機博士教育非常注重對學生基礎理論知識的培養,為了使學生掌握牢固而廣博的基礎知識,麻省大學計算機系要求每個碩士/博士研究生必須修完6門博士核心課程,而且成績必須達到B+以上。這些核心課程分別屬于計算機科學的三大領域:理論(Theory)、系統(Systems)和人工智能(Artificial Intelligence),課程設置具體如下:
(1) 理論核心課:計算理論(Computation Theory)、高級算法(Advanced Algorithms)
(2) 系統核心課:有三組課程,分別是:
編譯技術(Compiler Techniques)、現代計算機體系結構(Modern Computer Architecture)
數據庫設計和實現(Database Design and Implementation)、高級計算機網絡(Advanced Computer Networking)、操作系統(Operating Systems)
高級軟件工程I(Advanced Software Engineering: Synthesis and Development)、高級軟件工程II(Advanced Software Engineering: Analysis and Evaluation)、程序設計語言(Programming Languages)
(3) 人工智能核心課程:高級人工智能(Artificial Intelligence)、機器人學(Robotics)、信息檢索(Information Retrieval)、不確定環境下的推理(Reasoning and Acting under Uncertainty)、增強型學習(Reinforcement Learning)、機器學習(Machine Learning: Pattern Classification)
根據不同的研究方向,學生可以在六門核心課程的選擇上有所不同,但為了加強理論基礎和掌握知識的廣度,無論哪個研究方向的學生,都必須修完兩門理論核心課程和一門高級人工智能課程,同時,再根據自己的研究方向選修其他三門核心課程。例如,一個系統方向的博士研究生除了修完以上兩門理論和一門人工智能課程以外,還必須修完來自于系統方向不同組的三門系統方向的課程;而一個人工智能方向的博士生則必須修完另外兩門人工智能方向的核心課程和一門系統方向的核心課程。
每門核心課程由教師講授一學期,其中每星期2次課,每次2小時,3個學分。根據內容不同,每門課程一般要安排5~8次書面作業、1次期中考試和1次期末考試。其中,對系統方向的課程來說,每個章節完成后一般還有一次課程項目設計(Course Project),主要要求學生實現相應的算法和進行性能評價。由于核心課程要求高,課程學習內容多,導師和系里會建議學生每學期選學不超過一門的核心課程,所有6門核心課程則在三年內完成。如果成績沒有達到B+,麻省大學計算機系允許學生重修該核心課;但是,如果學生在規定的博士資格考試申請時間前沒有通過全部的6門核心課,則不再具備繼續攻讀博士的資格。
嚴格的核心課程作業、考試制度和淘汰制度,不但使學生牢固掌握了計算機科學各領域的基礎知識,培養了學生勤奮刻苦的專研精神,而且極大地豐富了學生的視野,為學生進入實際科學研究打下了堅實的基礎。
3靈活而完善的博士生選修課程體系是培養創新型人才的重要途徑
美國一流研究型大學博士生教育的目標是培養世界一流的科學家和拔尖創新型人才,為了實現這個目標,美國的博士生教育除了注重培養學生扎實和精深的基礎知識外,還非常注重培養學生的創新思維和發現新問題的探索精神及能力。
如果核心課程體系的設置是培養優秀博士生的基礎,是向學生傳授學科領域的重要基本知識和原理與技術,是學生全面掌握計算機基本理論與方法的重要途徑,那么,選修課的設置則是對學科基本知識的補充,是培養學生學習新的知識和了解并探索前沿研究方向,從而成為創新型人才的重要手段。
麻省大學計算機系的做法是,在博士研究階段,除了要求學生完成18個學分(6門)的核心課程學習以外,還要求完成24個學分(8門)的非核心課程(或稱為選修課)學習。這些選修課大多是關于本學科及相關專業前沿領域近3~5年的新研究方向、研究方法或新技術的相關內容的介紹,一般由教師在每學期開學前提出新的課程計劃,學生則根據自己的研究興趣和職業目標自由選課。通過課程的學習,學生能在最短的時間內了解本學科相關領域的最新研究現狀,更重要的是,在課程的學習過程中,教授會將許多新出現的問題在課堂上和學生討論,同時,通過2~3個課程項目培養學生獨立(或合作)解決新問題的能力,以及教會學生各種探索問題的研究方法。
在教學模式上,可以采用由教授主講的傳統方式,也可以采用以討論為主的方式。以教授為主講的教學模式在此就不再贅述,以下著重描述以討論為主的選修課教學模式。
以討論為主的Seminar是美國計算機院系的教授最常用的選修課教學模式。Seminar的課程設置沒有固定模式,但通常有以下幾方面的特點。
第一,課程的選題一般是近年新出現的有代表性的前沿研究課題。
第二,課程內容的選擇一般來自近年來該領域頂級國際會議的專題論文。
第三,課程內容的組織由教師完成。教師在確定題目后,一般會根據論文的情況將討論的內容分為多個子專題,每個子問題由3~4篇論文組成。課程的開始一般是綜述性的論文或在該領域出現的最早的學術論文,其目的是探討該研究方向出現的新的應用背景需求和所帶來的新的挑戰。其后的每個子專題則將對具體問題和方法進行深入探討。
第四,選課的學生人數一般在20~30人左右,而且通常是由學完了核心課程以后的高年級博士生組成。學生人數太少,論文的覆蓋面可能太小;學生太多,可能導致討論的深度不夠。同時,只有學完了基本理論后,學生才有可能具備較深入分析問題的能力。在Seminar的學習討論中,找到新的研究問題也是該課程設置的重要目的之一。
第五,課堂教學的模式基本上是教師和學生互動的教學方式。教師在第一節課引導學生對該領域的基本問題有了初步認識后,學生將對每篇論文進行評估(Review)、宣講(Presentation)和進行課堂討論。每篇論文的宣講時間是25~30分鐘,課堂討論時間是10~15分鐘。其中教師將引導學生對論文中所研究的問題和關鍵技術進行深入討論,學生參與討論的情況將作為課程考核的重要依據。
選擇合適的題目并對教學討論的內容(論文)進行篩選和組織對開課教師的要求非常高。為了準備一門新的Seminar課,教師一般需要預先通讀該研究方向所有重要國際會議的相關論文,然后根據不同的研究問題對論文分類,并將其中有代表性的論文提煉出來,作為課程學習的論文。在課程項目的設置上,教師會事先準備一些題目,如對某些算法的實現、評估和改進,實現原形系統等,同時也非常鼓勵學生在論文討論的過程中有針對性地提出自己的見解和新的解決問題的方法。
4合理的課程學習安排是培養高質量博士生的有效保證
美國的博士教育是以博士生的最終質量為評判標準,而不是以年限來規定學生的畢業時間。在美國計算機專業,培養一個碩士/博士生一般需要至少5年時間。由于強調博士生專業知識學習的深度和廣度,在整個博士學習階段,博士生都會積極參與課程的學習,并盡可能地將研究項目中的問題和課程學習聯系起來,用所學到的方法或思路來解決新問題。
以麻省大學計算機系為例,雖然學生的背景不同,但為了在保證質量的前提下幫助學生用最短的時間順利完成博士課程要求和博士論文要求,系里建議學生按如表1所示的時間表安排整個博士階段的學習計劃。
麻省大學計算機系不但在本系有完善的研究生課程體系,學生可以根據自己的研究興趣和職業規劃來自由選課,而且也鼓勵學生在其他相關院系選修本系沒有開設但對研究有用的課,如數學系或電子工程系的高級課程。總之,美國博士教育的一個重要特點是強調基礎知識的學習,鼓勵學生以積極的態度參與到課程的學習中,同時訓練學生在課程學習的過程中逐步學會發現問題和研究問題的方法。
5啟示和建議
美國的博士教育強調堅實的基礎理論知識、完善的知識體系和用于探索與創新的研究能力,而這些恰恰是決定博士畢業生日后發展潛力的關鍵。長期以來,我國計算機博士教育主要是通過參與科研項目的形式來對學生進行培養,這種“研究項目驅動型教育”在我國恢復研究生教育的初期起到了很好的推動作用,培養了大批科研人才。但隨著教育本質的回歸和創新型人才培養的需要,從總體來看,我國的這種單純強調研究項目的教育模式培養的博士生,質量與國際先進水平相比還有一定的差距。由于沒有嚴格的博士課程要求和淘汰制度,學生在學習階段往往會忽略對基礎知識的學習和對知識結構的完善。長此以往,必然會影響博士生的研究水平和發展潛力,最終將會影響國家的整體創新能力。
筆者建議,為了使學生掌握牢固的專業基礎知識,同時培養學生在某一學科領域的研究興趣和基本的研究能力,應該首先強調核心課程體系的建設,不論哪個方向的學生都必須通過一定數量的核心課程的學習,如算法、分布式操作系統、人工智能等,這些核心課程應由教師來講授;同時,應嚴格課程的考核制度和課程評價體系。對于選修課,由于其主要目的是擴展學生的視野,培養學生分析問題和研究問題的能力,所以應借鑒國內外Seminar課程的成功經驗,積極有效地激勵教師和學生共同上好Seminar課。
博士生教育是一項復雜而艱巨的系統工程,而其中的課程學習是研究生培養中非常重要的一個環節,如何通過嚴格的培養機制和靈活的培養方法,在給學生傳授基礎知識的同時培養學生分析問題和解決問題的能力;如何將合理的研究生課程體系和研究項目結合起來,嚴格博士生培養機制,完善博士生資格評估體系,從制度上保障博士研究生的質量;以及如何真正教會學生探索科學基本問題的方法,培養學生良好的科研習慣和勇于開拓創新的精神等,是我們在計算機學科建設中應該進一步思考的問題。
【關鍵詞】研究生課程 教學改革 實踐能力 工程化教育
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006-9682(2012)06-0004-02
如何使工程教育與科技發展水平相適應是全世界教育界面臨的共同課題。美國已重新制定了面向21世紀的工程教育發展戰略,其總趨勢是從原來的重視工程背后的原理回到重視工程實踐。[1] 在有識之士的大力倡導下,我國高等教育也在逐漸回歸工程,其中國內碩士研究生招生過程中專業型碩士的比例逐年提升就是一個明證。在這種前提下,對傳統的研究生課程內容和教學方式進行改革勢在必行。
《計算機測控技術》是我校“儀器科學與技術”一級學科及“儀器儀表工程”專業碩士研究生的專業基礎課程之一。儀器科學與技術學科屬于信息科學領域,研究信息的獲取、處理以及對相關要素進行測量、控制的理論與技術,儀器儀表工程專業要求學生在掌握儀器、儀表領域較寬廣的技術基礎理論和專業知識的前提下,具有較強的工程開發能力和解決工程實際問題的能力。學科的主要研究方向包括視覺檢測與光電測量技術、精密測控與儀器智能化、生物醫學檢測技術與儀器、電子測量技術、新型傳感器與敏感材料、光纖激光器與光電器件等。
近幾年,為使《計算機測控技術》這門課滿足工程教育的發展需求并與學科研究方向相適應,我們根據學生后續所從事研究的課題特點和工程實踐需求,對課程內容、實踐環節、課程考核方式等進行了一系列探索。
一、課程要求與學生特點
計算機測控技術是一門工程技術類的綜合性課程,其目的是使學生了解掌握以計算機為核心構建測量系統或測控系統時所涉及到的各種技術。這門課程是測控、自動化等本科專業普遍開設的一門專業課,通常要求學生在修完“微機原理(或單片機原理)”、“自動控制原理”、“傳感器技術及應用”等課程后必修或選修的。該課程內容豐富且自成體系,對不同學校的不同本科專業來說,一般會根據專業自身特點和定位調整授課內容和課程主線。[2] 總的說來,該課程的授課內容彈性較大。儀器學科將這門課程作為碩士研究生專業課程的目的是使學生掌握計算機測控系統的基本工作原理、技術構成和實現方法,初步具備簡單的計算機測控系統設計、調試和運行維護的能力,為后續開展課題研究奠定基礎。[3] 在研究生生源多數出自測控等相關本科專業的情況下,因為學生已經在本科階段學習過這門課程,我們在開展教學時主要強調不能簡單重復或加強本科所學知識,而是根據后續研究需求通過大型實例和大量的實踐訓練提升學生的系統綜合設計、調試能力。
隨著研究生招生規模的逐年擴大,我校儀器學科碩士研究生的生源呈現出多樣化、復雜化的發展趨勢,師范類、理科類、三本專業等生源比例不斷擴大,多數理工科專業學生也并非源自測控、光信等相關本科專業。上述客觀事實對《計算機測控技術》研究生課程教學的正常開展產生了較大影響。主要原因歸納如下:①大多學生在本科期間沒有學習過傳感器、測控電路等課程,對各種物理量的采集轉換方式、輸入信號調理電路的組成等缺乏基本的認識與了解。②學生對控制系統中的各種常用執行部件缺乏必要的了解,甚至連最基本的概念都不清楚。③學生在本科期間雖然已學過微機原理等課程,但大多數學校的實驗環節過分依賴成套的商品化實驗設備,即實驗箱,這些設備降低了教師的實驗準備工作量,卻使實驗停留在要求學生按圖接線、記錄數據等認知、驗證階段,無法培養學生的動手能力、設計能力以及創新能力,也造成了學生對計算機體系結構、硬件組成、工作原理等沒有真正掌握。④部分學生在考研過程中忽視了正常課程學習,造成了高分低能的畸形現象。
根據以上分析,在研究生生源多樣化、生源基礎差異較大、學生普遍缺乏必要前序課程知識、動手能力較弱的前提下,按照傳統教學組織形式開展《計算機測控技術》的研究生課程教學不僅無法完成課程任務,也會使學生由于難度大而喪失學習信心。
二、授課內容與授課方式
隨著科技發展水平的日新月異,構成測控系統核心的計算機系統其性能不斷提升、種類日益豐富,計算機測控系統的組成形式、技術種類也不斷拓展,更加靈活。研究生在后續課題研究和工程實踐中需要逐步適應技術的不斷更新換代和更新速度的不斷提高。但從另一個角度來講,在一年的理論課學習階段,每門課程的課時不可能太多,且有逐漸減少的趨勢。對儀器學科的學生來說,每門專業基礎課和專業選修課的課時都限定在32個課時之內。學生基礎薄弱、課程技術內涵層次豐富、授課課時有限,上述多種因素交叉作用,要達到教學目的,就必須適應現狀并且對授課內容和授課方式進行改革。
針對研究生有較高知識層次和較強學習主動性的特點,我們首先改變了傳統授課方式。
在研究生階段,學生已具備一定的專業知識和自學能力,以學生為主導的現代教育理念[4]在課堂教學中具有較強的可實施性。正因如此,在課程教學中參考國外教學方式,比如,課堂中對難點、重點內容,多采用提問、學生小組討論和回答的方式,以激發學生的學習興趣和參與意識;課程中弱化理論推導,僅簡單介紹方法、思路及結果的應用,具體推導過程留給學生課后完成;布置思考題和大作業,鍛煉學生課后收集資料、閱讀并理解文獻、靈活運用知識解決實際問題的能力。[5]
在采用變被動接收為主動學習的課程授課方式前提下,在擬定教學內容時把大量外延擴展內容放在課外,鼓勵學生自學,對課內教學內容進行濃縮。課程內容主要包括:
1.緒 論(2課時)
通過學生日常接觸到的測控系統示例引導學生分析計算機測控系統的組成及其特點,進而總結歸納計算機在測控系統中的典型應用方式;根據技術發展現狀介紹測控系統中常用的計算機系統種類,強調根據需求選擇計算機;要求學生查閱資料了解計算機測控系統中的新技術和發展趨勢。
2.輸入輸出接口技術與輸入輸出通道(6課時)
主要包括輸入輸出控制方式和輸入輸出接口設計方法;輸入輸出通道組成及常用技術;輸入輸出通道的抗干擾措施。要求學生熟悉各種輸入輸出控制方式的特點,在接口設計過程中強調根據信號特點和系統需求選擇合適的控制方式并以此為基礎完成接口設計。輸入輸出通道主要圍繞實際工程需求分析各組成部分的技術參數和器件選擇原則,并根據應用特點介紹相應的功能電路。要求學生根據應用需求和特點了解從傳感器選擇、傳感器信號調理、輸入接口到輸出接口、輸出信號調理、執行部件驅動等完整過程的設計原則。
3.數字控制器的模擬化設計(2課時)
以課題中用到的溫度控制系統為例講解數字PID控制器的設計及參數調整方法。
4.測量數據處理方法(4課時)
通過實際程序實例講解量程切換和標度變換、零位及靈敏度誤差校正、非線性校正、數字濾波等測控系統中常用的數據處理方法。
5.計算機測控系統設計(4課時)
用比較完整的課題實例與學生一起分析計算機測控系統的一般設計步驟、主要考慮的問題以及設計原則和設計方法,引導學生考慮性價比等實際工程中必然會涉及的問題。
6.多機測控系統和測控系統的可靠性保證(2課時)
根據技術現狀分析測控系統的組網方法及常用通信手段;講解如何在系統構建過程中提高系統的軟、硬件抗干擾能力和電磁兼容等能力。
7.課程實驗(12課時)
采用開放實驗內容和開放實驗室方式完成課程實驗。
三、課程實驗
對工程技術類課程來說,實驗對加深相關知識的理解、鍛煉學生解決實際問題的能力有重要作用。[6] 但作為一門綜合性課程,12課時的實驗不足以使學生熟悉實際工程中的計算機測控系統設計過程和調試過程。正因如此,實驗內容和實驗實施方式必須進行調整。
在實際實施過程中,改變以前由教師指導完成固定實驗的方式,將教師的科研成果轉化為實驗素材,制作電路板后由學生根據需要自己選擇器件完成焊裝;之后完成三個基礎實驗:V/F轉換及頻率量輸入,溫度采集,人機接口實驗;在三個基礎實驗之上,由學生選擇相應的傳感器和執行部件,自己設計接口電路并編寫程序實現特定功能。
實驗過程完全開放,實驗室提供基本調試工具和場地,學生可根據自己的時間靈活安排實驗時間。除規定的實驗學時外,學生可以根據自己的興趣增加時間;也可以把電路板帶走進行調試。教師實驗輔導和答疑方式靈活,學生有問題既可當面探討,也可以郵件或其他方式提問。
四、課程考核方式
與強調動手能力培養的實踐方式相配合,課程考核不再采用答卷形式,課程考核成績由兩個部分組成:一部分是對實驗過程、結果的總結分析;一部分是根據給定的設計題目,查資料完成實際計算機測控系統的設計方案,包括硬件實現方案和軟件實現方案。學生完成以上兩個設計報告后,需結合自己的報告與教師進行方案設計交流,探討方案存在的問題。
近三年的教學實踐表明,以工程化為主導對授課內容和授課方式、實驗內容和實驗方式、課程考核方法等進行改革,較好地促進了儀器專業《計算機測控技術》課程的教學效果,提高了學生的學習興趣和學習主動性,為學生后續開展課題研究奠定了基礎。
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2 羅勝等.與專業培養方向相結合的專業技術課程改革探討[J].現代教育技術,2009(8):117~119
3 北京信息科技大學碩士研究生培養方案,2009
4 陳琳.現代教育技術[M].北京:高等教育出版社,2006
關鍵詞:計算機科學與技術;研究生教育;創新能力;培養模式
根據2002―2010年我國學位與研究生教育發展的總體目標,到2010年,全國在校研究生總數將達到碩士生120萬,博士生15萬,中國將成為名副其實的研究生教育大國[1-2]。國家的信息化進程,帶動了對計算機技術應用人才的需求,計算機技術應用人才需求量每年增加100萬[3]。
研究生教育是我國培養高層次人才的主要途徑,已成為我國社會發展和經濟建設的人才資源庫,而研究生創新能力的培養已成為計算機技術人才教育的核心所在。針對浙江省區域經濟的創新驅動和產業集聚等特征,近年來,浙江工業大學計算機科學與技術學院與機械工程學院進行了研究生聯合指導培養方式的探索,依托浙江區域經濟產學研合作,與中國科學院遙感研究所、地理研究所、美國辛辛那提大學、比利時魯汶工程技術學院、瑞典布萊金厄工學院、IBM公司、杭州國家軟件基地、杭州國家動畫基地、杭州國家數字娛樂產業基地、公安部第三研究所等在科研和聯合培養研究生方面開展合作,結合計算機專業研究生培養的特點,提出了研究生創新能力的培養理念,進行了研究生創新能力教育模式實踐探索,把提高研究生教育質量放在首位,努力培養能夠引領、推動浙江乃至全國經濟和社會發展的計算機技術精英人才。
1創新意識與創新思維
常順英研究員將研究生的創造性定義為:能夠產生獨特的、現實的、有社會價值產品的多種能力與優良人格特征的整合[4]。它包括研究者的創新意識、創造性思維、創造性想象、創造性人格等,其中創造性思維是創造性的核心因素。沒有創造性思維就產生不了創造性活動,更談不上創造性成果,所以創造性的培養,關鍵在于創新意識,創造性思維的培養。
創新思維是為解決實踐問題而進行的具有社會價值的新穎而獨特的思維活動。或者說,創新思維是以新穎獨特的方式對已有信息進行加工、改造、重組從而獲得有效創意的思維活動和方法,是一種不同于他人的批判性思維方式。研究生有了創新意識,才能抓住創新機會,啟動創新思維。在培養研究生創新思維過程中,還應注重獨立性思維品質的訓練,如愛因斯坦所言:“提出一個問題往往比解決一個問題更重要。因為解決問題也許僅是一個數學上或實驗上的技能而已,而提出新的問題,卻需要有創造性的想像力,而且標志著科學的真正進步。”可見,在科技研究活動中,研究生要敢于懷疑,敢于提出研究問題及解決問題的方法。
2計算機科學與技術專業研究生教育
2.1計算機科學與技術專業設置
浙江工業大學計算機科學與技術專業以培養德智體全面發展,具有堅實的計算機科學與技術的基礎理論、知識全面的計算機高級應用型人才為培養目標[5]。主要研究方向有軟件開發環境與軟件中間件技術,多媒體技術與虛擬現實,電子商務技術,智能技術與應用及制造業信息化。研究生通過專業學習,具備計算機硬件、軟件和應用技術的專門知識,深入了解計算機領域的研究現狀和發展趨勢,具有獨立從事科學研究、工程技術開發的能力,有嚴謹求實的科學態度和創新精神,能夠研究和解決與本學科有關的科學和技術問題。
2.2研究生創新能力的現狀
計算機科學與技術專業在讀研究生生源主要為應屆生。應屆生是從學校到學校,大多數人較少直接參加科研實踐,缺乏生產和科研實踐經驗,研究目標不明確,不具備獨立從事科研工作的能力,更談不上創新能力。很多研究生還是用本科階段的學習方法,習慣于接受、掌握現有的知識和在固定的框架中思考問題,缺乏獨立思考能力和創新思維。
導致研究生創新能力低下的原因是多方面的。首先,中國傳統應試教育影響研究生創新能力教育。在教學和科研過程中,往往顯示出因循守舊的保守思想,喜歡以既定的、現存的規則來解釋新的現象,而不擅長通過新的現象來思考原有規則存在的不合理性,并且通過思考與實踐來它。其次,研究生教育階段學科專業狹窄,學科之間的交流、滲透很少,出現所謂的“隔行如隔山”。其結果往往限制了學生的視野,縮小了研究生想象的空間和相互借鑒的機會。再次,研究生教育對研究生個性釋放的誘導不足,從培養方案到教學方法和科研過程,研究生能獨立從事研究的機會不多,這必然會束縛研究生創新能力的發展。因此,對研究生創新能力的培養成為迫在眉睫的任務。
3研究生創新能力培養模式
研究生創新能力的培養是一個系統工程。培養研究生的科研創新能力需要一個合理的培養過程。計算機科學與技術專業根據專業特點,主要從培養計劃、課堂教學、專題研討、企業實踐、跨學科研究生指導進行研究生創新能力培養模式的探索。
3.1個性化培養計劃
在研究生的培養過程中,需要一個多樣的、有利于學術個性成長的環境。個性化的培養計劃是研究生創新能力培養的有利保障。個性化的培養計劃是導師與研究生共同制定的,每個學生都有自己的教學計劃。計算機科學與技術專業在課程設置上,設置了必修課和選修課,在教學大綱上列出多部相關教材及學科前沿著作等,使研究生和導師在教學計劃的制定上有更多的選擇余地,制定出更加適合自己的培養計劃。同時針對沒有工作經歷的研究生,可設置企業實踐必修環節,研究生利用假期時間完成。導師在指導研究生的過程中,既要對個性化研究生培養計劃的實施進行監督、檢查,更加重要的是要對學生進行引導,發現并培養學生的創新能力。
研究生個性培養計劃中,第一學年主要完成相關課程必修學位課和選修課的理論學習,學會創新科學思維及方法。第二學年是關鍵的一年,主在通過大量文獻閱讀、企業實踐、廣泛收集資料,熟悉本專業領域的國內外研究動態;在導師指導下,擬定研究課題,進行課題的研究工作。在這一年中,專業導師團隊要負責嚴格的選題把關和中期考核篩選。中期篩選考核包括學位課和選修課學分及科研實踐能力是否達標,學位論文的選題是否具有原始創新性等,合格者進入第三學年的學位論文研究工作,不合格者要終止學習可肄業處理。學位論文研究階段是培養研究生創新能力的關鍵階段。
3.2研討性教學過程
筆者作為博士生和訪問學者在香港城市大學、香港浸會大學、德國漢堡大學等國際性較強的高校進行學習和交流,期間主講了計算機三維視覺,指導了多門智能技術相關課程,也旁聽了國外教授主講的人工智能等研究生課程,發現許多專業課程沒有統一的教材,但有大量的參考書目。學生上課前必須先瀏覽該課程的課程網站,了解上課內容和下載相關資料。課堂上,主講教授經常先以一個典型案例(常為最新的研究論文)說明知識點,再留出時間與學生討論,學生基本上是帶著問題來,再帶著新問題跑圖書館或上網學習。這種教學方法針對案例問題展開學習與討論,著眼于發展研究生的創造力以及解決問題的能力,使學生在討論中獲得知識,創造性地提出新的解決問題的辦法。這種研討會形式的教學過程給了我們啟示,為了培養研究生創新能力,我們導師把培養學生的創新意識和創新能力作為課堂教學的主旨,刪除部分內容陳舊的研究生課程,引進反映學科新技術、新成果,反映專業領域熱點和研究進展的教學內容。課堂教學不僅注重啟發研究生思維,引導研究生積極思考,參與討論,還要求研究生就自己感興趣的課題進行自我課堂教學,學生當老師,充分調動學生的研究熱情。同時根據課程特點,增加自主設計的實驗課程。這種創造性教學活動,不僅營造寬松的學術研討氛圍,而且使學生們在良好的學術氛圍中,互相學習,共同提高。幾年來的教學實踐表明,這種教學方式能夠發揮學生的主動性,激發其創新性思維,培養學生的創新精神和實踐研究能力,強化學生創新意識及創新能力的培養。
3.3多樣化專題討論
計算機科學與技術專業研究生多來自不同專業,如機械制造、自動化控制。在研究生學習階段,在對本專業,本領域內的理論全面掌握的基礎上,引入計算機科學技術進行專業研究。對每一位研究生而言,其他同學的研究都是新的研究領域。為此,結合本學科的研究方向,學科定期組織專題講座會。專題討論會相當于為學生提供一個交流平臺,來自不同專業的研究生在這一平臺內分享學習成果、探討問題、分享學習資源,營造良好活躍的學習氣氛。研究生經過獨立思考后提出的創新課題是否具有創新性和可行性,在討論會中提出來,導師和同學一起研究討論。一方面加深研究生對課題的理解認識,另一方面從不同角度審視和思考問題,提高學生研究問題和解決問題的能力。
3.4企業實踐選題
隨著科學技術的進步,計算機應用已經滲透到各行各業,這為計算機科學與技術專業研究生提供了大量企業實踐平臺。低年級研究生利用假期到軟件公司、企業工作實習,將理論學習應用到實踐,同時通過實踐,了解目前技術瓶頸,從中提煉出研究課題。學生所選的課題為公司企業研發實踐中存在的實際問題,學生通過到企業實踐,不僅可以培養獨立工作能力、分析解決問題能力、創新能力,而且又可以解決企業運作過程中的實際問題。所培養的研究生具有獨特的創新工作能力和團隊合作精神,深受企業歡迎,有的研究生畢業后就留在公司工作,實現了學習與工作的無縫連接。經過幾年的實踐,我校建立了一批穩定的研究生實踐基地。
3.5研究生導師團隊
研究生導師在研究生培養全過程中始終處于主導地位,導師個人的學術水平、研究能力對其研究生的創新能力培養起著至關重要的作用。為了適應新興學科、交叉學科研究生創新能力的培養,在實踐中,我們以導師團隊方式指導學生。團隊中的導師來自不同學科,有不同的學術研究背景,主要導師都有國外留學或訪問研究的經歷,有著豐富的研究生指導經驗。
導師團隊內的研究生如有學術上的問題,可以咨詢導師團隊的其他導師,尋求問題的研究方案,團隊導師對學生的研究問題給予必要的指導。導師團隊定期交流,討論研究生學習進展,交換指導意見。導師以團隊方式指導研究生,是一種集體意識和團隊合作精神的體現,能夠準確把握學科發展的脈絡。這種方式,一方面避免導師個人學術水平、知識面、時間安排等方面的局限性,影響研究生創新能力的培養;另一方面,充分發揮團隊合作精神,準確把握學科發展的前沿動態,拓寬研究生創新思維,讓研究生更加主動關注其他領域的知識創新,為科研創新奠定基礎。
4結語
本文結合國內外學校在相關研究生培養方面的特點和優勢,分析了計算機科學與技術專業學生的培養方法,進行研究生創新能力培養模式的實踐探索。在內容上,主要從培養計劃、課堂教學、專題研討、企業實踐和研究生導師隊伍建設等方面進行了探討。
創新才能進步。我國的學生在總體上基礎扎實,但創新能力較弱;計劃內的課程成績較好,但主動研究的積極性不高。研究生作為我國從事科學技術研究的最具活力的人才隊伍,所具有的實際創新意識和創新能力,事關國家和民族在今后國際上的興衰和地位。高校的教育工作者應該對研究生創新能力的培養引起高度重視并投入相應的精力,切實做好研究生創新能力培養工作。
參考文獻:
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[2] 陳子辰,許為民,林偉連,等. 新世紀研究生素質教育研究[G]//謝桂華. 學位與研究生教育研究新進展. 北京:高等教育出版社,2006(6):170-189.
[3] 劉學民. 加大創新力度 再創學科輝煌:關于高等院校計算機學科專業設置及創新改革的研究[C]. 第二屆中國計算機教育與發展學術研討會,2008:116-118.
[4] 常順英,林彤. 研究生創新意識和創新能力的培養[J]. 北京理工大學學報:社會科學版,2006(10):106-109.
[5] 2009 年計算機科學與技術專業全日制專業學位培養方案[EB/OL]. [2009-09-11]. / articleContent.do?articleId=459.
Research and Practice for Development of Postgraduate Innovation Ability
CHEN Sheng-yong1, YAO Chun-yan2, XU Xin-li1, WANG Ming-huan2, PENG Wei2
(1.College of Computer Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China;
2.College of Mechanical Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)
關鍵詞:農業院校 計算機應用專業 研究生 管理模式
中圖分類號:G643.0 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)10(b)-0199-01
隨著IT行業的迅速發展,我國農業院校計算機應用專業的招生規模也在逐漸進行擴大,并且農業院校的研究生招生方向也在變得寬闊。由于學生是來自全國各地,學生們有著不同的年齡和經歷,所以專業和層次也就出現了較大的不同;在市場經濟和經濟全球化的環境影響下,研究生的思想狀況、價值取向、道德觀念等也變的越來越復雜。因為高校存在的這些復雜的情況,所以農業院校的研究生管理和教育工作也就會變得更難,這就讓農業院校的研究生管理工作會面臨新的機遇與挑戰。因此,只有去改善和創新研究生管理模式才能更好的去適應我國農業對高層次人才的諸多需求。農業院校研究生管理工作者需要有良好的管理能力去培養有良好專業和思想素質的高層次農業人才。研究生管理工作是高校培養高技能和高素質人才過程中的一項非常重要的工作。研究生管理工作是貫通于高校教育的全過程,它貫穿于教學、科研和學科建設這幾個環節中。
1 農業院校研究生管理模式的現狀及存在的問題
1.1 院校對研究生的管理工作不夠重視
一般的農業院校認為研究生從本科階段到研究生階段無論是在心理還是知識方面都會比本科生的能力強的多。一些院校的研究生甚至曾經參加過工作,這樣的研究生的生活閱歷很豐富,同時他們就擁有了自己處理事情和自我管理的能力。農業院校就忽略了研究生這個群體自身的特點,只是把管理本科生的那套模式照搬到研究生的管理模式中。農業院校的研究生管理工作只是停留在信息通知和學籍檔案及安全管理的簡單層面上。而且各個院系缺乏對研究生管理的重視程度和專業型的管理人才。由于種種的因素也就造成了目前“放牛式”的研究生管理的工作狀況。
1.2 農業院校對研究生的日常事務管理工作不到位
有的研究生已經成家立業,所以他們身上不只是肩負著社會責任還肩負著較重的家庭責任,他們在思考和解決問題時都很現實,有部分研究生的年齡比較大,所以他們一般不會過度的依賴家庭來完成研究生學業。研究生的管理人員不便于對學員的安全教育、獎懲制度、宿舍管理、就業指導等日常事務進行集中管理。其次,研究生的管理人員認為研究生己經具備一定的自我解決事情和自我管理的能力,也就沒有把管理個人日常事務作為工作的重點。導師的精力不能分配均衡,在教和研之后也就不能抽太多的時間來指導和關心自己的學生,讓導師們不能更好的集中精力對研究生進行科研、學術以外的事務進行指導。
2 加強和完善研究生管理模式的方法
隨著經濟的全球化,科學技術逐漸地變成了第一生產力。所以在農業院校對計算機應用專業的研究生做好管理工作是社會蓬勃發展和知識經濟的必然要求。因此,農業高校的工作者應該分層次、分重點、堅持教育與管理相結合,這些工作步驟都應該根據研究生工作的特點。研究生的素質高不高和能力強不強可以代表一所高校的綜合能力水平。所以,農業院校的研究生的管理工作應該在明確方向,有步驟的前提下去提高高校研究生管理的綜合水平。
2.1 加強對研究生管理工作的重視程度
因為研究生管理工作在農業院校的綜合實力發展中占有著比較重要的地位。研究生管理工作又是研究生教育的重要組成部分,所以院系應該對給予研究生管理工作高度重視的態度。各個農業院校的領導應該去重視研究生的管理工作,這樣研究生管理部門和科室才能有重視研究生管理工作的態度,他們也就能夠很好地配合和實施研究生的管理工作的任務。研究生的管理工作不能零零散散,應該集中所有能夠集中的工作力量去開展研究生管理工作。研究生管理工作應該是結合各院、系的分散管理,想要把研究生管理工作做到最好應該因地制宜,這樣的工作方法就可以利于發揮專職的研究生管理人員、各院系和導師的作用,進一步提高專職的研究生管理人員的工作水平。
2.2 強化研究生的日常生活的管理工作
農業院校的院系管理工作人員應該去強化關于研究生的日常生活的管理工作力度,這是做好研究生管理工作的重要保障。研究生輔導員是經常和研究生聯系的工作人員,所以研究生輔導員一定要加強與研究生之間的交流,隨時了解他們生活狀態和思想,輔導員應該從日常生活起居就關心研究生,這樣就能和研究生建立友好的關系立和師生之情,輔導員的工作可以為做好研究生管理工作提供良好和重要的保障。農業院校和院系應充分的去發揮他們的服務和管理職能,為研究生群體的學習和生活創造更加方便和有利的條件。
3 結語
綜上所述,農業院校研究生管理工作一定要針對研究生這個群體的特點、情況,去找尋研究生管理工作模式的新的形式、新的方法和新的思路,使他們成為視野開闊、知識廣博、綜合能力強、道德修養高的合格建設人才。總之高校做好研究生管理工作的根本出發點是提高人才培養質量,無論高校采取何種研究生管理模式和運行機制都是為了達到這個目標。我們深信,隨著創新型國家戰略的推進,高校管理模式也可以隨之深入進行和創新,高校的研究生的管理部門可以為管理和培養高質量人才提供重要支撐。
參考文獻
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